JP2011152520A

JP2011152520A - 濾材およびそれを用いたフィルター

Info

Publication number: JP2011152520A
Application number: JP2010016345A
Authority: JP
Inventors: Yuuko Takagi; 由扶子高木; Ryoichi Togashi; 良一富樫; Naotaka Yamaga; 直貴山賀
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】本発明は、プリーツフィルターにおいて、プリーツ形状の乱れによる圧力損失の上昇を極力抑えた低圧損フィルターを提供することである。
【解決手段】細繊維不織布へ与える張力を極力小さくした積層方法により製作し、積層濾材のカール度を８０ｍｍ以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気清浄に用いられる濾材に関する。

空気清浄に使用されるフィルターでは、使用時の圧力損失を小さくし、高い捕集効率および長寿命を得るために、濾材にプリーツ加工（山谷折り）を施すものが主流となっている。また、近年、家庭用空気清浄機用途では、空気清浄機のファンの回転数を抑え省エネ・静音効果を得るために、フィルターの低圧損化が強く求められている。フィルターの圧力損失は、用いる濾材自身の圧力損失と、構造（例えば、プリーツ形状）による圧力損失からなる。後者の構造による圧力損失について、プリーツ加工を施した濾材では、プリーツ形状の変形によって濾過に有効に用いられる濾材面積が減少し、フィルターの圧力損失を上昇させることは既に分かっており、プリーツの間隔を保持し隣接するプリーツ同士の密着による濾材面積の減少を防ぐため、プリーツ間にセパレータを設ける方法や、風の流れによるプリーツ形状の変形を防ぐため、濾材の剛性を上げる方法が検討されている。その他にも、フィルターのプリーツ形状とフィルターの圧力損失に関して、山谷形状の鈍角化を防ぐ方法（特許文献１）、プリーツ形状の山部に筋をつけて加工する方法（特許文献２）などが提案されている。本発明者らは、プリーツ形状の変形がフィルターの圧力損失に及ぼす影響について詳細に検討し、濾材のカール度の上昇とプリーツ形状の変形に相互関係があることを見出し、さらには、プリーツ形状の変形を改善すべく鋭意検討した結果、本発明に至った。例えば、特許文献３には耐カール性に優れる濾材が提案されているが、メルトブローン不織布の両側に混繊スパンボンド不織布を積層する必要がある。また、特許文献４に記載の濾材を2gf/cmの張力で積層した際のカール度は80mm以上となった。

特開２０００−１０７５２６号公報特開２００７−５０３４２号公報国際公開第２００７／１３８７３３号パンフレット特開２００９−２８７１８号公報

本発明の課題は、プリーツ形状の変形が発生しにくい濾材を提供することである。

本発明は、プリーツフィルターにおけるプリーツ形状を詳細に検討することで、プリーツ形状と濾材のカール度の間に相関があることを見出し、フィルター用濾材として用いる複数の不織布を積層する場合に、プリーツ形状の乱れによる圧力損失の上昇を極力抑えるため、細繊維不織布へ与える張力を極力小さくした積層方法により製作されたカール度が８０ｍｍ以下の積層濾材を提供するものである。

本発明によれば、濾材のカール度を８０ｍｍ以下にすることで、プリーツ形状の乱れを抑え、ひいては圧力損失を抑えたフィルターを提供することができる。

本発明の濾材を用いた直線的なプリーツ形状の断面図の例である。濾材のカール度が８０ｍｍより大きい変形したプリーツ形状の断面図の例である。

本発明における濾材は、１層以上の細繊維不織布と１層以上の補強用不織布を積層したものである。不織布の原料としては、木綿、麻、羊毛などの天然繊維、レーヨン、キュプラなどの再生繊維、アセテート、プロミックスなどの半合成繊維、ナイロン、ポリエステル、アクリル系、ビニロン、ポリ塩化ビニル、ビニリデン、ポリオレフィン系、ポリウレタン、ポリクラール、フルオロカーボン系、ノボロイド系などの合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、スラグ繊維、金属繊維などの無機繊維、その他に木材パルプを用いることができる。

不織布としては、乾式法、湿式法を用いることができ、例えば、スパンボンド法、メルトブロー法、フラッシュ紡糸法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法（水流絡合法）、エアレイド法等を用いることができる。細繊維不織布として、前述の不織布の原料を用いることができる。これらの中でも、ポリオレフィン系を主体とするものがエレクトレット性能を発揮する点から好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。また、微細なダストを捕集するためのメルトブロー不織布や分割繊維を構成繊維として用いた不織布といった微細な繊維からなる不織布を用いることが好ましい。繊維径は、用途に応じた捕集効率を満たせれば、特に限定しないが、例えば、０．００１μｍ〜３０μｍを用いることができる。また、集塵性能を高めるために、濾材表面に１０^−１０〜１０^−７Ｃ／ｃｍ^２程度の電荷を有するエレクトレット処理も施すことも好ましい。例えば、帯電性の良いポリプロピレンを主原料とし、ヒンダードアミンを添加したメルトブロー不織布や、ポリブテン−１とポリプロピレンからなる複合繊維メルトブロー不織布をコロナ放電によりエレクトレット処理したものなどを用いることができる。

補強用不織布として、前述の不織布の原料を用いることができるが、剛性を出すため、ビニロン繊維を含むことが好ましい。また、ビニロン繊維は比較的高価なため、ビニロン繊維に加え、ポリエステル繊維やパルプなど比較的安価な繊維を含むことがより好ましい。製造方法としては、特に限定しないが、水流絡合不織布繊維や接着不織布やバインダー接着不織布等を用いることができる。繊維径が細繊維不織布よりも大きいものが好ましく、例えば１０〜１００μｍを用いることができる。

また、プリーツ形状を保持するため、濾材を補強する役割を持つため、ＪＩＳＬ−１０９６ガーレ法による剛軟度がＭＤ（Machine Direction機械方向）方向で３５０ｍｇ以上、ＣＤ（Cross Machine Direction 機械方向と直交する方向）方向で１００ｍｇ以上であることが好ましい。例えば、ビニロン繊維とポリエステル繊維の混合繊維をバインダーで固定したケミカルボンド不織布や、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、パルプからなる湿式抄紙法による不織布を用いることができる。

濾材は、細繊維不織布を１層以上に積層したものと、補強用不織布を１層以上に積層したものを積層する。積層方法としては、接着パウダーや溶融ホットメルト接着剤による濾材間の接着がある。接着パウダーとしては、熱融着型接着パウダーや湿気硬化型接着パウダー等がある。不織布の片面に接着パウダーを塗布し、もう一方の不織布と積層する。接着パウダーを散布する不織布としては、不織布の細孔が接着パウダーよりも大きいと接着パウダーが不織布を抜け落ちるため、細孔が小さい不織布へ散布することが好ましい。また、補強用不織布が細繊維不織布よりも低融点で有る場合、融点差を利用して熱ロール、熱エンボス等の接着剤を介しない熱処理で積層することも可能である。

本発明は、１層以上の細繊維不織布と１層以上の補強用不織布の積層時に細繊維不織布へかかる張力を制御することにより、カール度が０〜８０ｍｍの濾材を提供できる。カール度は、積層加工時の流れ方向と２辺が平行となるように２５ｃｍ角に濾材をサンプリングし、８０℃の恒温槽に６０秒間濾材を入れ、加熱した後、細繊維不織布を上向きとした状態で、室温（２０℃）に３分間静置し、その後、平坦な台の上に細繊維不織布を下向きとして濾材を置き、台から最も離れた部分の距離を測定した数値とした。単位はｍｍである。

本発明の濾材の製造方法では、積層工程で細繊維不織布へ負荷する張力が重要であり、細繊維不織布の伸び率により異なってくるが、工程内での伸び率が０．５〜１．２％となるように設定することが好ましい。０．５％よりも小さいと積層時にシワが入りやすく、１．２％よりも大きいとカール度が８０ｍｍを上回りやすい。特に細繊維不織布の１１０℃加熱時の伸び率が大きい不織布を用いた多層濾材において、張力制御は重要となる。伸び率とは、不織布の流れ方向に予め２０ｃｍの線をマーキングし、積層後に２０ｃｍの線を再度測定し下記式にて求める。

伸び率[％]＝（Ａ１−Ａ０）／Ａ０×１００
Ａ０；積層前の２０ｃｍ線の実測値
Ａ１；積層後の２０ｃｍ線の実測値
本発明の濾材は、細繊維不織布が熱可塑性樹脂を用いると、加熱により伸び率が大きくなる傾向があるため、熱融着性接着パウダーを用いるようなラミネート工程で加熱工程がある場合は、加熱時の伸び率が１．０〜１．２％とするように張力制御しなければならない。例えば、細繊維不織布としてＭＤ方向およびＣＤ方向の引張張力（ＪＩＳＬ−１０９６ストリップ法）が１０〜１５Ｎ／５ｃｍ、ＭＤ方向の引張伸度が１０〜１５％、ＣＤ方向の引張伸度（ＪＩＳＬ−１０９６ストリップ法）が５０〜７０％のポリプロピレン１００％のメルトブロー不織布を、補強用不織布として、ＭＤ方向およびＣＤ方向の引っ張り張力が１００〜１５０Ｎ／５ｃｍ、ＭＤ方向の引張伸度が５〜１０％、ＣＤ方向の引張伸度が２０％以下の湿式抄紙不織布を熱可塑性樹脂を用いて貼りあわせる場合、０．９〜５Ｎ／ｍの張力が好ましく、より好ましくは０．９〜３Ｎ／ｍ、さらに好ましくは０．９〜１．５Ｎ／ｍである。

本発明の濾材のカール度は０〜８０ｍｍが好ましく、より好ましくは０〜５０ｍｍ、さらに好ましくは０〜３０ｍｍである。

本発明の濾材を用いた場合、プリーツ加工を施した際のプリーツ形状が直線に近くなり、プリーツ形状の変形により濾過に有効に用いられる濾材面積の減少を抑制することができる（図１）。一方、濾材のカール度が８０ｍｍより大きい場合、プリーツ加工を施した際のプリーツ形状が濾材の反りと同じ方向に湾曲し、プリーツ形状が変形することにより濾材面積が減少し、フィルターの圧力損失が上昇してしまう（図２）。

また、プリーツ形状の変形を防ぐために、プリーツ形状を固定する方法として、樹脂を塗布する場合や櫛を用いる場合があるが、濾材全面を固定するとフィルターの通気性が損なわれるため、固定は部分的に行われることが一般的である。そのため、固定されている部分のプリーツ形状は直線的であるが、濾材のカール度が８０ｍｍ以上の場合は、固定されていない部分は、プリーツ形状が変形し、フィルターの構造圧力損失が上昇してしまう。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することを妨げない。

［測定方法］
（１）濾材のカール度
濾材の端末から５０ｃｍ以上、耳端から１０ｃｍ以上離れた位置で且つ、巾方向と垂直・水平となる位置で、積層加工時の流れ方向と２辺が平行となるように２５ｃｍ×２５ｃｍのサンプルを３枚採取した。サンプルを８０℃の恒温槽に６０秒間入れ、加熱した後、細繊維不織布を上向きとした状態で、室温（２０℃）に３分間静置し、その後、平坦な台の上に細繊維不織布を下向きとして濾材を置き、台から最も離れた部分のキョリを測定しカール度とした。単位はmmである。

（２）濾材の目付
シートから１ｍ幅×１ｍ長さの試験片を採取し、直示天秤を用いて秤量し、得られた値を目付（ｇ／ｍ^２）とした。

（３）濾材の平均繊維径
シートの任意の場所から、１ｃｍ×１ｃｍの測定サンプルを１２個採取し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、採取したサンプルから繊維表面写真（倍率：２０００倍）を各１枚ずつ、計１２枚を撮影した。続いて、計測ソフトを用い、写真の中の繊維直径がはっきり確認できるものについてすべて測定し、平均した値を平均繊維径とした。

（４）濾材の捕集効率［％］
平面状の濾材を有効間口面積０．１ｍ²のホルダーにセットし、面風速１２ｍ／ｍｉｎで空気を通過させ、フィルター上流および下流の粒径０．３μｍの大気塵粉塵数をパーティクルカウンター（ＲＩＯＮ社製、型式：ＫＣ−０１Ｄ）で測定し、次式より算出した。
捕集効率（％）＝１−（下流粒子数／上流粒子数）×１００。

（５）濾材の圧力損失ΔＰ１［Ｐａ］
平面状の濾材を有効間口面積０．１ｍ²のホルダーにセットし、面風速６．５ｍ／ｍｉｎで空気を通過させ、フィルター上下流の圧力差を差圧計で測定した。

（６）フィルターの圧力損失
ＪＩＳＢ９９０８（２００１）形式３試験法に準じた評価機器にフィルターをセットし、濾材貫通風速２．６ｍ／ｍiｎで空気を流し、フィルターの圧力損失（ΔＰ２）を求めた。

（７）構造圧力損失比率
濾材の圧力損失ΔＰ１より、濾材貫通風速２．６ｍ／ｍｉｎでの濾材の圧力損失ΔＰ１’を次式より算出した。
ΔＰ１’＝ ΔＰ１×（２５．０／４．５）
構造圧力損失比率Ａを次式により算出した。
Ａ[％]＝（ΔＰ２―ΔＰ１’）／ΔＰ２×１００。

［実施例１］
（濾材）
細繊維不織布として、ポリプロピレン（ＭＩ＝８００）にトリアジン系化合物であるキマソーブ９４４（チバガイギー製）を１質量％添加したものを使用し、直径が０．３ｍｍおよび０．６ｍｍの吐出孔を１個おきに一直線上に配置した口金（孔ピッチ：１．６ｍｍ、孔数：９４ホール、幅：１５０ｍｍ）を用いて、メルトブロー法により、ポリマー吐出量８０ｇ／分、ノズル温度２７０℃、エア圧力０．０４５ＭＰａの条件で噴射し、捕集コンベア速度を調整することによって目付が２５ｇ／ｍ^２、平均繊維径２．５７μｍの不織布シートを得た。得られた不織布シートを逆浸透膜濾過水が供給される水槽の水面に沿って走行させながら、その表面にスリット状の吸引ノズルを当接させて水を吸引することにより浸透処理し、次いで水切り後に８０℃で２０分熱風乾燥することにより、エレクトレット化されたメルトブロー不織布を得た。この細繊維不織布は、捕集効率９９．９２％、圧力損失５１．３Ｐａ、厚み０．１２ｍｍであった。補強用不織布として、ポリエステル短繊維４５質量％、レーヨン短繊維重量５５％によって構成される繊維群をカードマシンを用いて不織布に加工し、アクリル樹脂バインダーを繊維全体の２５質量％付着し、目付５２．０ｇ／ｍ^２の単繊維樹脂加工不織布を得た。貼り合わせ加工として、細繊維不織布にエチレン・酢酸ビニル共重合体パウダーを６ｇ／ｍ^２分均一に散布し、加熱してパウダーを溶融させ、補強用不織布と貼り合わせを行い、濾材を得た。貼り合わせ時の細繊維不織布にかかる張力は３．３Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材の圧力損失は、５６．３Ｐａ、濾材のカール度は６２ｍｍであった。
（ユニット化）
レシプロ機を用い濾材をスリット幅１９８ｍｍ、山高さ３０ｍｍにプリーツ加工した。
プリーツした濾材を山数８１山でカットし、成形濾材とした。成形濾材の端面と枠体(不織布枠)を熱可塑性樹脂によって接着し、フィルターサイズが２８０ｍｍ×２００ｍｍ×３２ｍｍであるフィルターを得た。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は３２％であった（ΔＰ２＝３３．３Ｐａ、ΔＰ１’＝２２．６Ｐａ）。

［実施例２］
（濾材）
実施例１と同様のものを用いた。
（ユニット化）
ロータリー機を用い濾材をスリット幅１９８ｍｍ、山高さ３０ｍｍにプリーツ加工した後、ビード機を用い、線上のホットメルト樹脂（非晶質オレフィン共重合体；４２ｗｔ％、結晶性ポリブチレン；８ｗｔ％、粘着付与樹脂；５０ｗｔ％、軟化点１４０℃、１６０℃における溶融粘度３０００ｍＰａ）を間欠塗布することによるセパレータ加工を施し、山数１１３山でカットし、成形濾材とした。成形濾材の端面と枠体(不織布枠)を熱可塑性樹脂によって接着し、フィルターサイズが４５２ｍｍ×２００ｍｍ×３２ｍｍであるフィルターを得た。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は２５％であった（ΔＰ２＝３０．１Ｐａ、ΔＰ１’＝２２．６Ｐａ）。

［実施例３］
（濾材）
細繊維不織布は、コンベア速度を調整して、目付を３０．０ｇ／ｍ^２とする以外は、実施例１と同様にした。細繊維不織布は、平均繊維径２．６６μｍ、圧力損失６８．０Ｐａ、厚み０．１５ｍｍであった。短繊維不織布および貼り合わせ加工は、実施例１と同様とした。濾材の圧力損失は、６８．０Ｐａ、カール度は４２ｍｍであった。

（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４２％であった（ΔＰ２＝３８．２Ｐａ、ΔＰ１’＝２７．３Ｐａ）。

［実施例４］
（濾材）
貼り合わせ時の細繊維不織布にかかる張力を１．６Ｎ／ｍとなるように調整する以外は、実施例３と同様の貼り合わせ加工を行い、濾材を得た。濾材は、圧力損失６８．１Ｐａ、カール度は２７ｍｍであった。

（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は２４％であった（ΔＰ２＝３６．１Ｐａ、ΔＰ１’＝２７．３Ｐａ）。

［実施例５］
（濾材）
細繊維不織布は実施例１と同様のものを用いた。補強用不織布として、繊維長２４ｍｍのポリエステル繊維８５質量％（繊度１．３ｄｔｅｘのものを１０質量％、繊度３ｄｔｅｘのものを３０質量％、繊度６ｄｔｅｘのものを４５質量％）、繊度１７ｄｔｅｘ、繊維長１２ｍｍのビニロン繊維１０質量％、パルプ５質量％から構成される繊維群を湿式抄紙法にて不織布に加工し、ガラス転移点４０℃のスチレン・アクリル樹脂バインダーを繊維全体の２５質量％付着することにより、目付４２ｇ／ｍ２の補強用不織布を得た。貼り合わせ加工は、貼り合わせ時の細繊維不織布にかかる張力を１．６Ｎ／ｍとなるように調整する以外は、実施例１と同様の貼り合わせ加工を行い、濾材を得た。濾材は、圧力損失５６．３Ｐａ、カール度は６１ｍｍであった。

（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は３２％であった（ΔＰ２＝３３．２Ｐａ、ΔＰ１’＝２２．６Ｐａ）。

［実施例６］
（濾材）
ノズル温度２６０℃、エア圧力０．０４０ＭＰａとし、コンベア速度を調整すること以外は実施例１と同様にして目付２０．０ｇ／ｍ^２の細繊維不織布を得た。この細繊維不織布は、捕集効率９９．９８％、圧力損失５７．０Ｐａ、厚み０．１０ｍｍであった。補強用不織布および貼り合わせ加工は実施例１と同様とした。濾材は、圧力損失６２．０Ｐａ、カール度は６３ｍｍであった。

（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は３３％であった（ΔＰ２＝３６．９Ｐａ、ΔＰ１’＝２４．９Ｐａ）。
［実施例７］
（濾材）
細繊維不織布を３層貼り合わせ加工し、その後補強用不織布を貼り合わせ加工する以外は実施例１と同様の方法で濾材を得た。
濾材は、圧力損失６０．０Ｐａ、カール度は７０ｍｍであった。

（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は３５％であった（ΔＰ２＝３７．１Ｐａ、ΔＰ１’＝２４．１Ｐａ）。

［比較例１］
（濾材）
実施例１と同様の細繊維不織布および補強用不織布を用い、貼り合わせ時に細繊維不織布にかかる張力が２７Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材のカール度を測定したところ、カール度は９０ｍｍであった。
（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４２％であった（ΔＰ２＝３８．２Ｐａ、ΔＰ１’＝２２．１Ｐａ）。

［比較例２］
（濾材）
比較例１と同様の濾材を用いた。
（ユニット化）
実施例２と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４０％であった（ΔＰ２＝３６．８Ｐａ、ΔＰ１’＝２２．１Ｐａ）。

［比較例３］
（濾材）
実施例３と同様の細繊維不織布および補強用不織布を用い、貼り合わせ時に細繊維不織布にかかる張力が２７Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材のカール度を測定したところ、カール度は８７ｍｍであり、ほぼ円に近い状態となった。
（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４１％であった（ΔＰ２＝４４．９Ｐａ、ΔＰ１’＝２６．５Ｐａ）。

［比較例４］
（濾材）
実施例４と同様の細繊維不織布および補強用不織布を用い、貼り合わせ時に細繊維不織布にかかる張力が２７Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材のカール度を測定したところ、カール度は８８ｍｍであり、ほぼ円に近い状態となった。
（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４２％であった（ΔＰ２＝４７．１Ｐａ、ΔＰ１’＝２７．３Ｐａ）。

［比較例５］
（濾材）
実施例５と同様の細繊維不織布および補強用不織布を用い、貼り合わせ時に細繊維不織布にかかる張力が２７Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材のカール度を測定したところ、カール度は８７ｍｍであり、ほぼ円に近い状態となった。
（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４４％であった（ΔＰ２＝４０．３Ｐａ、ΔＰ１’＝２２．６Ｐａ）。

［比較例６］
（濾材）
実施例６と同様の細繊維不織布および補強用不織布を用い、貼り合わせ時に細繊維不織布にかかる張力が２７Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材のカール度を測定したところ、カール度は８７ｍｍであり、ほぼ円に近い状態となった。
（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は４８％であった（ΔＰ２＝４７．９Ｐａ、ΔＰ１’＝２４．９Ｐａ）。

［比較例７］
（濾材）
実施例７と同様の細繊維不織布および補強用不織布を用い、貼り合わせ時に細繊維不織布にかかる張力が２７Ｎ／ｍとなるように調整した。濾材のカール度を測定したところ、カール度は８７ｍｍであり、ほぼ円に近い状態となった。
（ユニット化）
実施例１と同様にした。
（評価）
得られたフィルターの構造圧力損比率は５０％であった（ΔＰ２＝４８．１Ｐａ、ΔＰ１’＝２４．１Ｐａ）。

本発明による濾材は、ビル空調用、クリーンルーム用、家庭空気清浄機用、車載用、機器用などの空気清浄用途のプリーツフィルターに好ましく使用される。

Claims

１層以上の細繊維不織布と１層以上の補強用不織布をラミネートした濾材であって、カール度が０〜８０ｍｍであることを特徴とする濾材。
積層樹脂として、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いたことを特徴とする請求項１に記載の濾材。
請求項１記載の濾材にプリーツ加工を施したフィルター。